KR20170129719A - 복합 멤브레인 및 복합 멤브레인의 제조 방법 - Google Patents

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KR20170129719A
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한스히터 마이어
마테오 카마니
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 캐리어층 및 적어도 하나의 캐리어층 상에 배치되는 전기 방사 멤브레인을 가지는 음향 부품용 복합체에 관한 것이며, 전기 방사 멤브레인은 기공 구조가 설계되는 동안 중첩 섬유로 형성된다. 복합체의 기공 구조는 복합체가 적어도 1 m의 수주관 및 5 L/m2*s의 공기 투과율을 가지도록 설계된다. 또한, 본 발명은 음향 부품용 복합체의 제조 방법에 관한 것이며, 방법에서 캐리어층이 제공되고, 캐리어층 상에 멤브레인이 전기 방사법에 따라 설계되며, 멤브레인은 정해진 기공 구조를 가지는 중첩 섬유로 생성된다.

Description

복합 멤브레인 및 복합 멤브레인의 제조 방법
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 복합 멤브레인(composite membran)에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 제9항에 따른 복합 멤브레인을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적인 복합 멤브레인 및 복합 멤브레인을 제조하는 방법은 US 2011/0177741 A1에서 얻을 수 있다. US 2011/0177741 A1에 섬유로 이루어진 캐리어층(carrier layer) 및 배리어층(barrier layer)을 가지는 부직포(non-woven textile)가 설명되어 있다.
US 2008/0220676 A1로부터, 직물층(fabric layer) 및 코팅된 나노섬유층을 가지는 의류가 얻어질 수 있다. 처음에, 이후에 액체 코팅체를 구비하는 나노섬유층이 생성된다. 그 후, 이렇게 코팅된 섬유층은 직물층에 접합된다.
US 2010/0136865 A1은 코팅된 나노 섬유의 부직포 웹(non-woven web)에 관한 것이다.
내부 섬유층, 외부 섬유층 및 섬유의 부직포 멤브레인으로 이루어진 배리어층을 가지는 의류용 복합 직물은 WO 2013/043397 A2로부터 얻어질 수 있다. 섬유 멤브레인은 섬유층에 접합되기 전 플라즈마 코팅체가 구비된다.
US 2013/0197664 A1는 지지 구조체에 도포되는 전기 방사 멤브레인(electrospun membrane)을 가지는 필터 매체(filter medium)를 기술하였다. 지지 구조체는 금속, 세라믹, 유리 섬유, 흑연 또는 중합체 물질로 이루어질 수 있다.
전자 장치용 미세 다공성 멤브레인(microporous membrane)을 가지는 음향 구성 요소는 US 2014/0060330 A1에 기재되어 있다. 음향 구성 요소는 미세 섬유 층이 도포되는 미세 다공성 멤브레인 층을 가진다. 여기서, 미세 다공성 멤브레인 층은 지지층으로서 작용한다.
음향 신호를 재생하는 분야가 기술적으로 발달함에 따라, 다소 민감한 부품을 외부 영향으로부터 보호해야 한다는 끊임없는 요구가 있다.
이와 관련한 문제 중 하나는 사운드 효과를 왜곡하지 않는 음향 구성 요소의 전자 부품에 유해한 액체나 나노 크기의 먼지가 닿지 않도록 하는 것이다.
본 발명은 습기, 땀, 그리스(grease) 및 / 또는 오일 같은 액체뿐만 아니라 먼지 및 흙의 유해한 영향에 대하여 높은 보호를 가능하게 하는 복합 멤브레인 및 복합 멤브레인의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 목적은 청구항 제1항의 특징을 가지는 복합 멤브레인에 의해 및 청구항 제9항의 특징을 가지는 복합 멤브레인을 제조하는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 각각의 종속항에 기재되었다.
본 발명에 따른 복합 멤브레인은 복합체가 적어도 하나의 캐리어층 및 적어도 하나의 캐리어 상에 배치된 전기 방사 멤브레인을 가지는 것을 특징으로 하며, 전기 방사 멤브레인은 중첩 섬유(superimposed fiber)로 형성되고, 기공 구조(pore structure)가 설계되며, 기공 구조는 복합체가 적어도 1 m의 수주관(water column) 및 5 L/m2*s의 공기 투과율을 가지도록 설계된다. 섬유는 나노구조 또는 마이크로구조를 형성하기 위해 나노섬유 또는 마이크로섬유로서 설계될 수 있다. 바람직하게 섬유는 3차원 부직포 네트워크를 형성한다. 또한, 이러한 복합체는 특히 엄격한 보호 등급 요구 사항을 충족시킨다. 공기 투과율은 ISO Standard 9237:1995-12에 따라 측정되며, 수주관은 ISO Standard 811:1981에 따라 측정된다.
또한, 복합 멤브레인을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 캐리어층이 제공되고 캐리어층 상에 멤브레인이 전기 방사법에 따라 설계되는 것을 특징으로 하며, 멤브레인은 정해진 기공 구조를 가지는 중첩 섬유로 제조된다. 정해진 기공 구조는 특히 정해진 기공 크기 및 정해진 기공 분포에 관련이 있다. 이는 복합체의 다공성을 높이는데 특히 유리할 수 있다.
본 발명의 기본 아이디어는 액체가 복합체에 의해 유지되는 동안 가스, 특히 공기를 통과시킬 수 있는, 높은 다공성을 가지는 복합체가 형성되는, 복합체가 제공된다는 사실에 있다.
전기 방사법에 따라 제조된 본 발명에 따른 복합체의 멤브레인은 특히 비표면적이 넓은, 즉 면적-부피 비율 높은 다층 그물 형상(multilayered net-like), 3차원 가교 그물 형상 또는 그리드 형상 구조(grid-like structure)로 인해 다른 (중합체) 멤브레인과 다르다. 발수 처리 분야에 이용된 종래의 멤브레인, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE - Gore-Tex®), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(expanded polytetrafluoroethylene; dPTFE) 및 고전적인 멤브레인은 얇은 판으로 이루어진 고밀도 필름 구조를 가진다. 이러한 구조로 인해 멤브레인은 공기에 대해 거의 불투과성을 나타낸다(0 L/m2*s).
필름 멤브레인, 특히 PTFE-멤브레인의 알려진 "통기성(breathable)" 특성은 실제로 기공 구조에 기인한 것이 아니라 멤브레인 물질과 수증기의 직접적인 상호 작용에 기인한다.
게다가, 특히 PTFE-멤브레인 및 ePTFE-멤브레인은 유해한 원료의 잔여물 및 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid; PFOA)과 같은 장쇄 퍼플루오로알킬산(perfluoroalkyl acids)의 흔적을 함유할 수 있다. 본 발명에 따르면, 복합체는 염소 및 브롬을 포함하지 않는다, 특히, IEC 61249-2-21 (브롬 < 900 ppm, 염소 < 900 ppm, 할로겐의 전체 비율 < 1500 ppm), IPC 4101B (브롬 < 900 ppm, 염소 < 900 ppm, 할로겐의 전체 비율 < 1500 ppm) 및 JPCA ES-01-1999 (브롬 < 900 ppm, 염소 < 900 ppm)에 따르면, 본 발명에 따른 복합체는 할로겐 및 PFOA/PFOS (퍼플루오로옥탄술폰산(perfluorooctanesulfonic acid))과 같이 환경적으로 유해한 화합물을 포함하지 않는다.
본 발명에 따르면, 복합체가 물을 보유 할 수 있는 능력은 장치 "수주관(water column)"에 의해 정의된다. "수주관"은 직물 배치 또는 복합체와 같은 표면에 작용하는 압력을 측정하기 위한 장치이다. 1 m의 수주관의 압력은 1 m의 수심에서 정수압(hydrostatic pressure)에 대응하는 압력으로 정의된다. 이 경우, 수조관의 표시는 특히 ISO 811 : 1981에 따라 20 ℃의 수온에서의 정수압을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 상응하는 정수압이 복합체의 한 면에 작용할 때 복합체가 물에 대하여 상당한 투과성을 나타내지 않으면 본 발명에 따른 복합체의 특정 수주관이 존재한다(예를 들어, 5 m). 따라서, 각각의 경우에 표시된 수주관은 물에 대하여 본 발명에 따른 복합체의 기밀성(tightness)에 대한 척도이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 복합체는 5 m, 바람직하게 10 m, 특히 바람직하게 35 m의 수조관을 가진다.
본 발명에 따른 복합체의 공기 투과율은 20 ℃ 및 65 %의 상대 습도에서 이루어진 압력차 측정을 기반으로 한다. 압력차 측정에서, 복합체의 한쪽 면에 가해지는 증가된 압력은 200 Pa (파스칼)이고, 시험 표면은 특히 ISO 9237 : 1995-12에 따라 복합체의 20 cm2에 달한다.
이러한 조건 하에 복합체를 통과하는 공기량은 1초(L/m2*s) 안에 복합체의 1 m2 를 통과하는 체적 유량(volume flow)의 1/500에 해당한다. 1초 안에 복합체의 1 m2 를 통과하는 체적 유량은 본 발명에 따른 공기 투과율이다.
바람직하게, 복합체의 공기 투과율은 10 L/m2*s, 바람직하게 30 L/m2*s, 특히 바람직하게 50 L/m2*s이다.
본 발명에 따른 복합체의 바람직한 실시예는 복합체가 PECVD 방법에 따라 플라즈마 코팅체를 제공한다는 사실에 있다. 바람직하게, 플라즈마 코팅체는 롤-오프 효과 (소위 로터스 효과), 정전기 방지 효과 및/또는 비점착성 코팅체를 제공함으로써 복합체의 특성을 보완하도록 설계된다. 하지만, 그래도 가교 결합된 플라즈마 중합체, 즉 플라즈마 코팅체는 복합체의 발유 특성, 그리스 기피 특성 및/또는 발수 특성에 기여할 수 있다. 바람직하게, 복합체, 특히 플라즈마 코팅체는 DIN 55660-2:2011-12에 따른 측정과 일치하는, 적어도 120°의 물 접촉 각도, 특히 바람직하게 140° 또는 그 이상의 물 접촉 각도를 가지는 낮은 표면 에너지를 가진다.
본 발명에 따른 복합체의 실시예 변형은 DIN EN ISO 14419:2010에 따른 오일 낙하 테스트가 수행된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 모든 실시예는 양호(6) 내지 매우 양호(8) 등급을 나타낸다. DIN EN ISO 4920:2012에 따른 (물) 분사 테스트 및 ISO 9865:1991에 따른 Bundesmann 테스트와 일치하는 롤-오프 효과의 측정에 있어서, 본 발명에 따른 복합체의 모든 실시예는 최고 등급(5점 중 5점)을 기록할 수 있다.
플라즈마 강화된 화학 기상 증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)은 표면을 코팅하기 위한 방법이며, 코팅 기판의 화학 증착은 플라즈마를 이용한다. 플라즈마는 코팅될 기판 (직접 플라즈마 방법)으로 또는 별도의 챔버 (원격 플라즈마 방법)에서 직접 생성될 수 있다. 예를 들어, 가속화된 전자로 인해, 반응 가스의 분자가 반응성 플라즈마 입자, 예를 들어 라디칼 및 이온으로 해리되어 (플라즈마), 기판 상에 층 증착을 초래할 수 있다. 이러한 방식으로, 종래의 습식 화학 중합 방법과 비교하여 고도로 가교된 중합체 구조를 제공하지만 코팅된 멤브레인의 기공을 밀봉하지 않는 표면 코팅체가 사용 가능하다.
본 발명에 따른 캐리어층은 특히 멤브레인에 대한 지지 및/또는 보호 기능을 가정하는 모노필라멘트 직물(monofilament fabric)이다. 바람직하게, 캐리어층은 낮은 음향 임피던스, 물-, 오일-, 그리스- 및/또는 먼지-기피 특성으로 형성된다. 캐리어층의 정확한 선택, 특히 번수(yarn count), 형상, 표면 특성 및 개방 표면의 비율은 최종 복합체 기능에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 매체의 공기 투과율이 높을수록 음향 임피던스가 낮아지고 소리에 대한 투과율이 높아진다. 직물은 바람직하게는 10 내지 400 ㎛의 필라멘트 또는 실(yarn)의 직경을 가지며, 300 ㎛ 이하의 메쉬 개구부(mesh opening)의 직경을 가진다. 본 발명에 따른 복합체는 그의 음향 특성 및 그의 보호 특성에 관하여 특히 균형이 잘 잡혀 있다. 정의된 다공성과 정의된 플라즈마 관능기의 밀도에 대하여 맞춤형 복합체를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 코팅체는 전기 방사 멤브레인 및 적어도 하나의 캐리어층 상에 설계된다. 이는 복합체의 유연한 사용을 보장하며, 이 경우 복합체의 오일-, 그리스- 및 / 또는 물-기피 특성은 캐리어층이 음향 소자를 향하거나 멀어지도록 배치되는지 여부에 관계없이 보장될 수 있다. 이와 관련하여, 플라즈마 입자가 복합체의 기공을 관통하고 섬유를 코팅체로 각각 감싸거나 둘러싸는 것이 특히 바람직하다. 플라즈마 중합 동안, 관능기의 밀도 및 플라즈마 중합체의 유형은 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 추가 개선에 따르면, 플라즈마 코팅체는 소수성 및/또는 소유성을 가지는 물질로 형성되는 것이 특히 바람직하다. 플라즈마 코팅체는 복합체의 오일-, 그리스- 및 / 또는 물-기피 특성, 특히 전기 방사 멤브레인의 특성을 향상시키는데 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 복합체의 바람직한 추가의 개선은 물질이 적어도 포화된 에테르, 케톤, 알데히드, 알켄, 알킨, 아미드, 아민, 니트릴, 티오에테르, 카르복실산 에스테르, 티오에스테르, 술폰, 티오케톤, 티오알데히드, 설펜(sulfene), 설펜아미드, 플루오로 아크릴레이트, 실록산, 에폭사이드, 우레탄 및 / 또는 아크릴레이트;, 단일 불포화된 에테르, 케톤, 알데히드, 알켄, 알킨, 아미드, 아민, 니트릴, 티오에테르, 카르복실산 에스테르, 티오에스테르, 술폰, 티오케톤, 티오알데히드, 설펜, 설펜아미드, 플루오로 아크릴레이트, 실록산, 에폭사이드, 우레탄 및 / 또는 아크릴레이트; 및/또는 고도 불포화된 에테르, 케톤, 알데히드, 알켄, 알킨, 아미드, 아민, 니트릴, 티오에테르, 카르복실산 에스테르, 티오에스테르, 술폰, 티오케톤, 티오알데히드, 설펜, 설펜아미드, 플루오로 아크릴레이트, 실록산, 에폭사이드, 우레탄 및/또는 아크릴레이트를 포함하는 사실에 있다. 플라즈마 코팅 방법의 적용 시, 복합체 상의 비극성 테프론 형상 표면에 기여하는 라디칼 또는 이온을 방출하는 물질이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 복합체의 추가 개선에 따르면, 캐리어층은 멤브레인에 견고하게 접합되는 것이 바람직하다. 이는 층의 박리 및/또는 상대 이동을 방지할 수 있다. 캐리어층은 연속 방식으로 복합체의 가장자리 영역에서 멤브레인에 접합될 수 있거나 원주 상의 특정 지점에서뿐 아니라 선형 또는 점형 방식으로 복합체의 내부 영역에서 멤브레인에 접합될 수 있다.
특히 견고한 복합체를 형성하기 위해서, 본 발명에 따라 멤브레인이 두 개의 캐리어층 사이에 배치되는 경우 유리하다. 따라서, 적어도 3개의 층이 제공될 수 있다. 이 경우, 멤브레인은 캐리어층에 의해 양면 상에 적어도 부분적으로 덮일 수 있다. 필요에 따라, 적어도 2개의 캐리어층은 그 효과를 서로 보완할 수 있는 동일한 (샌드위치 배열) 또는 상이한 특성 (하이브리드 배열)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 캐리어층은 소수성, 즉 오일-, 그리스- 및/또는 물-기피 특성을 가지도록 설계될 수 있는 반면, 제2 캐리어층은 특히 먼지 기피 특성, 예를 들어 정전기 방지 특성을 가지도록 설계될 수 있다. 특정 응용 기능적 요구 사항에 따라, 다수의 캐리어층 및 다수의 멤브레인이 복합체 내에 교대로 배열되는 것이 특히 바람직하다. 각각의 캐리어층 및 멤브레인은 예를 들어, 상이한 다공성, 기공 분포, 소수성, 소유성 및 상이한 먼지-기피 특성으로 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 복합체의 특히 바람직한 추가 개선에 따르면, 멤브레인이 0.08㎛ 내지 100㎛의 평균 기공 직경으로 형성되는 것이 유리하다. 평균 기공 직경은 전기 방사법에 따라 멤브레인을 제조할 시 조기에 조정될 수 있고, 필요에 따라 복합체의 요구 조건에 적합할 수 있다. 바람직하게, 각각의 기공의 기공 직경은 500 % 이하, 바람직하게 300 % 이하, 특히 바람직하게 100 % 이하 만큼 평균 기공 직경에서 벗어나야 한다. 바람직하게는, 멤브레인의 섬유는 40 nm 내지 500 nm, 특히 바람직하게는 80 nm 내지 250 nm 범위의 직경으로 형성된다. 멤브레인의 각 섬유의 직경은 바람직하게 유사한 직경을 갖는다. 특히, 각 섬유의 직경은 500 % 이하, 바람직하게 300 % 이하, 특히 바람직하게 100 % 이하만큼 매체 섬유 직경과 상이하다.
본 발명에 따른 멤브레인은 또한 의료 기술, 필터 기술, 음향 벤트에서, 통풍 필터, 연료 여과를 위해, 물 분리를 위해, 의류에서, 포장 시, 건설 및 전자 밀봉, 신발, 상처 드레싱 또는 얼굴 마스크에서 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 복합체의 개별적으로 조절 가능한 다공성은 유리하게 예를 들어, 가스 유동에서 고형물을 분리하거나 상처 치료에 사용될 수 있는 통기성 드레싱을 제공하는데 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 기본적인 아이디어는 전기 방사 멤브레인이 캐리어층 상에 설계되는 사실에 있다. 멤브레인은 정의된 다공성, 즉 적어도 정의된 기공 크기 및/또는 기공 분포로 형성될 수 있고, 이 경우 막-형성 섬유의 밀도가 조정된다. 멤브레인의 부피를 고려하여 섬유의 비례 공간 부피(proportionate spatial volume) 및 평균 섬유 수를 조정할 수 있다. 이 경우, 캐리어층은 특히 멤브레인에 대한 안정화 및/또는 보호 지지체로서 작용할 수 있다.
각각의 복합층의 특히 신뢰성 있는 결합 및 삽입을 위해, 초음파 용접, 라미네이팅, 접착성 결합, 플라즈마 처리 또는 이들의 조합을 통해, 멤브레인이 고온 용융법, 특히 레이저에 의해 캐리어층에 견고하게 접합되는 경우 본 발명에 따라 유리할 수 있다. 접착성 결합은 특히 에폭시, 아크릴레이트 및/또는 폴리우레탄 접착제로 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 박리는 확실하게 방지될 수 있다. 캐리어층과 멤브레인 사이의 접합 위치가 점형 또는 선형 방식으로 제공되고, 다공성 및 공기 투과율 손실을 작게하는데 도움이 될 수 있는 복합체 상에 고르게 분포되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 복합체의 특히 효율적인 제조 방법에 있어서, 전기 방사 멤브레인이 캐리어층 상에 직접 생성되고 멤브레인이 캐리어층에 견고하게 접합되는 경우 경우 추가 개선에 따라 유리할 수 있다. 기본적으로, 제1 캐리어층, 예를 들어 캐리어 플리스(carrier fleece) 또는 캐리어 직물 상에 전기 방사 방법에 따라 멤브레인을 제조하고, 박리-라미네이션 방법에 의해 이를 제2 단계에서 본 발명에 따른 캐리어층, 예를 들어 직물에 전달시킬 수 있다. 본 발명에 따른 캐리어층 상에 멤브레인을 직접 제공하는 것은 멤브레인의 전달 과정이 어려워지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 캐리어층의 표면은 화학적으로 및/또는 형태학적으로 변형될 수 있으며, 이로 인해 멤브레인은 설계될 때 특히 위치적으로 견고한 방식으로 캐리어층에 부착될 수 있다.
100 ㎛ 미만, 특히 50 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 내지 10 ㎛의 층 두께를 가지는 멤브레인을 사용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 작은 층 두께를 가지는 멤브레인은 본 발명에 따라 이미 수주관 및 공기 투과율에 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가 개선에 따르면, 멤브레인에 또한 접합되는 적어도 하나의 추가 캐리어층이 제공되고 멤브레인이 캐리어층 사이에 배치되는 것이 고려된다. 예를 들어 공격적인 환경에서의 기계적 영향에 대하여 멤브레인을 보호하기 위해, 멤브레인의 양면에 캐리어층이 제공될 수 있다. 소위 다층 구조에서, 복합체는 각각 적어도 2개의 캐리어층 및 2개 이상의 멤브레인 층으로 설계될 수 있으며, 멤브레인 층은 서로의 상부에 배열된다. 바람직하게, 적어도 하나의 캐리어층이 제1 멤브레인 및 적어도 제2 멤브레인 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 방법에 따르면, 복합체가 플라즈마 코팅법에 따른 표면 코팅체를 구비하며, 이로 인하여 복합체의 표면 상의 특정 관능기의 도입 또는 복합체 표면의 개질이 가능한 것이 특히 바람직하다. 나노 코팅에 의해, 복합체의 오일 -, 그리스 -, 먼지 및 / 또는 물-기피 특성이 특히 유리하게 영향을 받을 수 있으며, 이 경우, 코팅된 멤브레인의 다공성 및/또는 공기 투과율은 대체로 코팅되지 않은 상태의 멤브레인의 다공성 및/또는 공기 투과율과 일치한다. 플라스마 코팅에 의해, 특정 표면 기능(특히 소수성 및/또는 소유성)을 가지는 박막이 복합체의 표면에, 더 특별하게는 멤브레인의 각 섬유 및/또는 캐리어층의 각 섬유 또는 필라멘트 상에 도포된다. 그렇게 해서, 특히 수 nm (나노 미터), 특히 80 nm 미만, 바람직하게는 5 nm 내지 40 nm의 얇은 층 두께가 달성될 수 있다. 이러한 초박형 플라즈마 층은 기공 직경에 비해 무시할 정도로 작다. 따라서, 본 발명에 따른 멤브레인의 기공 직경은 기본적으로 PECVD 방법과 같은 플라즈마-보조 기상 증착에 의해 실행되는 코팅에 의해 변경되지 않는다.
이들 플라즈마 중합체는 전형적인 플루오로카본과 비교하여, 전 세계적으로 환경에 위협에 주는 것으로 확인된 오염물로서 퍼플루오로옥탄산 (PFOA) 또는 퍼플루오로옥탄술폰산 (PFOS)과 같은 장쇄 퍼플루오로알킬산을 포함하지 않는, 불소 함유 및/또는 불소를 포함하지 않는 관능기가 삽입될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 개략적으로 예시된 바람직한 실시예에 의해 더 설명된다:
도 1은 단순한 실시예("단일층")의 본 발명에 따른 복합체의 개략적인 단면도;
도 2는 소위 "샌드위치" 배열의 본 발명에 따른 복합체의 개략적인 단면도;
도 3은 다층 구조("다층")의 본 발명에 따른 복합체의 개략적인 단면도;
도 4는 두 개의 상이한 캐리어층을 가지는 "하이브리드" 배열의 본 발명에 따른 복합체의 개략적인 단면도; 및
도 5는 본 발명에 따른 복합체 상에 여러 테스트의 결과를 도시한 표.
도 1은 캐리어층(11)을 가지는 본 발명에 따른 복합체(10)의 단면도를 도시한다. 캐리어층(11) 상에는 전기방사법에 따라 형성되며 캐리어(11) 상에 도포되는 멤브레인(12)이 배치된다. 캐리어층(11)에 대한 멤브레인(12)의 접착력을 개선하기 위하여, 복합체는 두 층을 서로 견고하게 접합시키는 적어도 하나의 접합 지점(13)을 가지는 것으로 설계될 수 있다. 접합 지점은 점 또는 선의 형태로 용융 결합 위치 또는 접착 결합 위치일 수 있다. 캐리어 물질(11) 및 멤브레인(12)의 작은 층 두께로 인해, 복합체는 결합 위치에서 접합 지점(13)에 의해 완전히 통과될 수 있다.
복합체(10), 특히 전기 방사 멤브레인(12)은 다공성으로 형성될 수 있다. 복합체(10)의 표면 및 기공의 섬유는 특히 플라즈마 코팅 방법에 따라 도포되는 코팅체로 코팅될 수 있다. 섬유의 표면 코팅체는 나타낸 점 및 선(14)에 의해 도면에 개략적으로 도시되어있다. 본 발명에 따르면 복합체(10)는 플라즈마 중합체로 완전히 표면 코팅될 수 있다. 이것은 또한 복합체(10)의 내부 또는 깊숙하게 배치된 멤브레인(12)의 기공 내의 영역에서 섬유를 포함할 수 있다. 따라서, 복합체의 거시적 외부 표면뿐만 아니라 미세 내부 표면, 즉 예를 들어 섬유, 오목부 및 울퉁불퉁한 부분이 코팅될 수 있으며, 이 경우 단일 섬유는 개별적으로 싸여 있거나 둘러싸여있다.
도 2는 소위 "샌드위치" 배열의 본 발명에 따른 복합체(10)를 도시하였다. 여기에서, 멤브레인(12)은 2개의 캐리어층(11) 사이에 배치되고, 이로 인해 멤브레인(12)은 특히 층 사이에서 기계적 응력으로부터 보호받는다. 샌드위치 배열의 실시예에서, 예를 들어 15.6 L/m2*s의 공기 투과율이 달성될 수 있다. 기본적으로 최대 50 L/m2*s의 공기 투과율은 샌드위치, 다층 또는 하이브리드 배열에 의해 도달할 수 있다.
복합체(10) 내의 가능한 모든 층 배열에서, 층들은 간단한 라미네이션을 통해 서로의 상부에 배열될 수 있다. 그러나, 층은 접합 지점(13)에 의해 서로에 견고하게 결합될 수 있고, 그로 인해 복합체(10)의 특히 신뢰성 있는 기계적 강도가 달성될 수 있다.
도 3은 다층 배열(다층)의 복합체(10)를 도시한다. 다층 배열에서, 캐리어층(11) 및 멤브레인 층(12)은 교대로 서로의 상부에 지지되도록 제공된다. 도 3에 따르면, 2개의 캐리어층(11) 및 2개의 멤브레인 층(12)이 제공된다. 다층 배열은 또한 무작위 수의 캐리어층(11) 및/또는 멤브레인 층(12)을 가질 수 있다. 필요에 따라 2개의 멤브레인 층(12)은 2개 이상의 캐리어층 사이에서 서로의 위에 직접 제공될 수 있다. 다층 배열의 경우에도, 플라즈마 코팅체는 모든 멤브레인층(12) 및 서로의 위에 지지된 캐리어층(11)의 미세 표면 상에 제공될 수 있다. 따라서, 다층 구조에서도 복합체(10)의 내부 표면에 플라즈마 코팅체가 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 복합체(120)의 변형례를 도시하였고, 여기에서 멤브레인(12)은 제1 캐리어층(11) 및 제2 캐리어층(15) 사이에 배치된다. 일반적으로, 제1 캐리어층(11)은 특히 섬유로 설계될 수 있지만, 제2 캐리어층(15)은 제1 캐리어층(11)과 다르며 특히 플리스(fleece)로서 제공될 수 있다. 이러한 "하이브리드" 배열에 의해, 상이한 물질의 특성이 복합체에서 유리하게 조합될 수 있어서, 필터, 보호 특성 및 음향 전달 특성이 복합체(10)에서 유리한 방식으로 실현될 수 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이 하이브리드 배열에 복합체(10)의 전체 표면 상에 플라즈마 코팅체가 제공될 수 있으며, 이 경우 플라즈마 중합은 기공 개구부 내부와 같이 더 깊은 층의 복합체(10) 내에서 수행될 수 있다.
상이한 캐리어층(11, 15) 및 다른 디자인의 멤브레인(12)을 가지는 복합체(10)의 다층 구조를 제공하는 것 또한 고려될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 복합체 상에서 수행되는, DIN EN ISO 14419 : 2010에 따른 소위 "오일 적하 테스트", ISO 9865:1991에 따른 Bundesmann 테스트 및 DIN EN ISO 4920:2010에 따른 (물) 분사 테스트에 따른 의 결과를 표로 나타낸 것이다.
"오일 적하 테스트"에서 표면의 소유성은 표준화된 오일 (1 ~ 8; 도 5)이 사용되는 테스트할 표면상에 오일 방울 형상에 따라 측정된다. 특히 소유성 표면은 특히 기피 거동을 나타태며, 이로 인하여, 오일 방울은 오일 1 ~ 5뿐만 아니라 오일 6, 7 및 8과 관련하여 표면에 작은 물방울로 존재한다. 최상의 결과는 사용된 8 가지 오일에서 작은 물방울을 형성하는 것에 해당하는 등급 8로 테스트에 도시된다. 도 5에 따르면, 본 발명에 따른 모든 실시예는 우수한 (등급 6) 내지 매우 우수한 (등급 8) 소유성을 나타낸다.
본 발명에 따른 복합체는 분사 테스트뿐만 아니라 Bundesmann 테스트에서 최고 등급 (5 점 중 5 점, 도 5)을 달성한다.

Claims (12)

  1. 복합 멤브레인으로서,
    - 적어도 하나의 캐리어층(carrier layer); 및
    - 상기 적어도 하나의 캐리어층 상에 배치되는 전기 방사 멤브레인(electrospun membrane);을 포함하며,
    상기 전기 방사 멤브레인은 기공 구조가 설계된, 중첩 섬유(superimposed fibers)로 형성되며,
    상기 복합체는 적어도 1 m의 수주관(water column)의 수밀성(water tightness) 및 적어도 5 L/m2*s의 공기 투과율을 가지고,
    상기 캐리어층은 모노필라멘트 직물(monofilament fabric)을 가지며,
    플라즈마 코팅체(plasma coating)가 상기 전기 방사 멤브레인, 및 상기 적어도 하나의 캐리어층의 모노필라멘트 직물 둘 다에 도포되는, 복합 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합 멤브레인에 PECVD 방법에 따른 상기 플라즈마 코팅체가 제공되는, 복합 멤브레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 코팅체는 소수성 및/또는 소유성을 가지는 물질로 형성되는, 복합 멤브레인.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 물질은 적어도 포화된 에스테르(ethers), 케톤(ketones), 알데히드(aldehydes), 알켄(alkenes), 알킨(alkynes), 아미드(amides), 아민(amines), 니트릴(nitriles), 티오에테르(thioethers), 카르복실산 에스테르(carboxylic acid esters), 티오에스테르(thioesters), 술폰(sulfones), 티오케톤(thioketones), 티오알데히드(thioaldehydes), 설펜(sulfenes), 설펜아미드(sulfenamides), 플루오로아크릴레이트(fluoroacrylates), 실록산(siloxanes), 에폭사이드(epoxides), 우레탄(urethanes) 및/또는 아크릴레이트(acrylates);
    단일 불포화된 에스테르, 케톤, 알데히드, 알켄, 알킨, 아미드, 아민, 니트릴, 티오에테르, 카르복실산, 티오에스테르, 술폰, 티오케톤, 티오알데히드, 설펜, 설펜아미드, 플루오로아크릴레이트, 실록산, 에폭사이드, 우레탄 및/또는 아크릴레이트; 및/또는
    고도 불포화된 에스테르, 케톤, 알데히드, 알켄, 알킨, 아미드, 아민, 니트릴, 티오에테르, 카르복실산, 티오에스테르, 술폰, 티오케톤, 티오알데히드, 설펜, 설펜아미드, 플루오로아크릴레이트, 실록산, 에폭사이드, 우레탄 및/또는 아크릴레이트;를 포함하는, 복합 멤브레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어층은 상기 멤브레인에 견고하게 접합되는, 복합 멤브레인.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인은 두 개의 캐리어층 사이에 배치되는, 복합 멤브레인.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인은 0.08 내지 100 ㎛의 평균 기공 직경을 가지도록 형성되는, 복합 멤브레인.
  8. 음향 부품으로서,
    제1항에 따른 복합 멤브레인이 제공되는, 음향 부품.
  9. 제1항에 따른 복합 멤브레인의 제조 방법으로서,
    - 캐리어층이 제공되고; 및
    - 상기 캐리어층 상에 멤브레인이 배치되고, 상기 멤브레인(12)은 기공 구조를 가지는 중첩 섬유의 전기 방사 방법에 따라 제조되며,
    - 모노필라멘트 직물이 상기 캐리어층으로 제공되고,
    - 상기 복합 멤브레인은 플라즈마 코팅법을 이용하여 처리되며, 표면 코팅체는 상기 모노필라멘트 직물을 가지는 상기 캐리어층, 및 전기 방사 멤브레인 둘 다에 도포되는, 복합 멤브레인의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 멤브레인은 고온 용융법, 특히 레이저, 초음파 용접, 라미네이팅, 접착성 결합, 플라즈마 처리 또는 이들의 조합에 의해 상기 캐리어층에 견고하게 접합되는, 복합 멤브레인의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전기 방사 멤브레인은 상기 캐리어층 상에 직접 제조되며,
    상기 멤브레인은 상기 캐리어층에 견고하게 접합되는, 복합 멤브레인의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 캐리어층이 제공되어 상기 멤브레인에 접합되고,
    상기 멤브레인은 상기 캐리어층 사이에 배치되는, 복합 멤브레인의 제조 방법.

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